卫星移动通信系统简介共26页文档

卫星移动通信系统简介制作人：何异舟最终解释权归何异舟所有2主要内容•背景介绍•卫星与地面移动通信的差异•卫星移动通信关键参数•仿真建模简述•卫星移动通信的特点3卫星移动通信概述利用地球静止轨道卫星或中、低轨道卫星作为中继站，实现区域乃至全球范围的移动通信称为卫星移动通信。它一般包括三部分：通信卫星，由一颗或多颗卫星组成；地面站，包括系统控制中心和若干个信关站（即把公共电话交换网和移动用户连接起来的中转站）；移动用户通信终端，包括车载、舰载、机载终端和手持机。4全球卫星通信的发展简史1976年，世界上第一个卫星移动通信系统Marist（海事卫星移动通信系统）开始商业运营，提供电话和电报服务。1979年，成立了INMARSAT（国际海事卫星组织），并从1982年开始先后租用7颗卫星组成第一代的INMARSAT卫星通信系统，为船只提供全球卫星移动通信服务。1992年，澳大利亚用AUSSAT-B卫星提供国内卫星移动通信服务。1994年~2019年，加拿大和美国联合发射了2颗MAST卫星，建立北美移动业务卫星通信系统（MAST），计划为陆地、海上和空中移动用户提供服务。2019年，全球星（GlobalStar）系统提供全球业务。2000年，Thuraya卫星发射，当年9月投入运营。2019年，SkyTerra卫星投入运营，可兼容地面LTE系统。5通信卫星的分类按轨道分：同步轨道卫星（GEO），高轨道卫星（HEO），中轨道卫星（MEO），低轨道卫星（LEO）；按通信范围分类：国际通信卫星，区域性通信卫星，国内通信卫星；按用途分类：综合业务通信卫星，军事通信卫星，海事通信卫星，电视直播卫星，气象卫星等；按转发能力分类：无星上处理能力，有星上处理能力；6主要内容•背景介绍•卫星与地面移动通信的差异•卫星移动通信关键参数•仿真建模简述•卫星移动通信的特点7卫星移动通信的特点覆盖范围广•波束覆盖半径为100Km~1000Km左右。•对GEO卫星来说，3颗卫星即可实现全球无缝覆盖。通信距离远•通信费用与通信距离无关。•对GEO卫星来说，通信距离通常大于36000Km。优点：信道质量高•宇宙空间（真空状态）。•进入大气层后，相对地面移动通信而言，受地形、地物、天气影响较小。8卫星移动通信的特点通信电路灵活•可在高空、海洋、沙漠等地带实现通信。•有较高的灵活性。通信方式多样•终端类型多样（车、船、机载/小型移动终端）•能够迅速将通信网延至新的区域。优点：9卫星移动通信的特点信号传播延迟大•单程传播延迟约270ms。•双向通信一问一答往返延迟约540ms。缺点：卫星功率受限•现有的卫星制造技术对卫星功率有限制。•过大的功率会降低卫星使用寿命。需要先进的空间电子技术•由于卫星与地球相距数万公里，加上环境复杂多变，要把卫星发射到精确定点的轨道，并经常保持较小的漂移，有很高的难度。10主要内容•背景介绍•卫星与地面移动通信的差异•卫星移动通信关键参数•仿真建模简述•卫星移动通信的特点11网络结构EPCE-UTRAN卫星移动通信系统•接入节点相对较少，1-3颗卫星，若干信关站，多波束集中式处理•用户信号需要通过卫星转发，传输时延大（约255ms）地面移动通信系统（LTE）•接入节点较多，分布式处理•用户直接与eNB连接，传输时延小•采用扁平化网络结构，eNB间通过X2接口通信12信道及覆盖特性卫星移动通信系统•信道多为莱斯信道，在严重遮蔽情况下为多径信道•波束覆盖中心与边缘天线增益差别小（典型值为3dB左右）•波束覆盖内空间相关性较强，分集复用增益不明显地面移动通信系统（LTE）•信道多为多径信道，在开阔场景下可能出现莱斯信道•小区中心与边缘路损差别大（35dB）•空间相关性较弱，分集复用增益明显环境路径损耗指数卫星通信2地面通信2~613信道及覆盖特性卫星移动通信系统•信道多为莱斯信道，在严重遮蔽情况下为多径信道•波束覆盖中心与边缘天线增益差别小，用户接收信号功率差别小（典型值为3dB）•波束覆盖内空间相关性较强，分集复用增益不明显地面移动通信系统（LTE）•信道多为多径信道，在开阔场景下可能出现莱斯信道•小区中心与边缘用户接收信号功率差别大（35dB）•空间相关性较弱，分集复用增益明显14组网方式卫星移动通信系统•波束间干扰严重，实现同频组网难度大•波束中心与波束边缘信号强度差别小（3dB左右），软频率复用增益不明显地面移动通信系统（LTE）•可采用同频组网增加频谱利用率•可采用软频率复用提高边缘区域吞吐量卫星15其它方面差异卫星与地面移动通信其它方面差异卫星移动通信系统•卫星系统首先是功率受限，其次是频率受限。•卫星系统单波束覆盖范围大于100Km。•卫星系统多采用圆极化天线。•应用场景：地面公共通信的补充，空中，海洋，应急救灾。用户等级差异明显。地面移动通信系统•地面系统首先是频率受限，其次是功率受限，干扰受限。•地面系统单小区覆盖范围较小，典型值为500m-2000m。•地面系统多采用线极化天线。•应用场景：应用于城市和乡村等地区公共地面通信。16主要内容•背景介绍•卫星与地面移动通信的差异•卫星移动通信关键参数•仿真建模简述•卫星移动通信的特点17卫星移动通信关键参数天线增益在卫星通信中，一般使用定向天线，其增益G的定义为：定向天线辐射时接收到的最大功率与无方向性天线辐射时接收到的功率的比值，单位为dB或dBi。卫星通信中，使用的喇叭天线、抛物面天线等面天线的增益可按下式计算：式中，A为天线口面面积（m2）；λ为工作波长（m），它与频率的关系为λ=3x108/f，f单位为Hz；η为天线效率。24AG18卫星移动通信关键参数EIRP（等效全向辐射功率）等效全向辐射功率EIRP在卫星通信中常常用来代表地球站或通信卫星发射系统的发射能力。它指的是天线所发射的功率P与该天线增益G的乘积：该参数可反映出定向天线在最大辐射方向实际所辐射的规律，它比全向辐射时在这个方向上所辐射的功率大G倍。在实际发射装置中，发射机与天线之间有一段馈线，设馈线的损耗为LF（馈线的输入功率与输出功率的比值LF1），则*EIRPPGFPGEIRPL19卫星移动通信关键参数传输损耗传输损耗的主要来源，计算公式为：Lf(dB)=92.44+20logd(km)+20logf(GHz)d是接收端与信号发射源的距离，f是信号的频率。自由空间传播损耗Lf大气损耗La天线方向跟踪误差损耗LTr电磁波在大气中传输时，会受到电离层中自由电子和离子的吸收，同时受到对流层中氧分子、水蒸气分子和雾、雨、云、雪等的吸收和散射，而造成的损耗。由于星体的漂移，天线指向常常偏离理论方向，定义为：地球站天线指向卫星时，卫星收到的信号功率与天线偏离卫星时收到信号功率的比值。20卫星移动通信关键参数噪声功率噪声来源于三个方面，即热噪声、互调噪声以及其他噪声（交叉极化噪声，邻近星、站的干扰等）。其中热噪声为主要噪声，它是由传导媒质中带电粒子（通常是电子）随机运动产生的。对于天线噪声、馈线噪声以及接收机产生的噪声，均可作为等效热噪声来处理。G/T值通常情况下，我们把接收天线增益与接收系统等效噪声温度比G/T的分贝值，定义为接收系统品质因数或性能因数。21主要内容•背景介绍•卫星与地面移动通信的差异•卫星移动通信关键参数•系统仿真建模•卫星移动通信的特点22建模方案波束半径——150Km（天线增益3dB衰减处）路损计算——自由空间损耗Lf(dB)=92.44+20logd(km)+20logf(GHz)信道模型——LMS(LandMobileSatellite)模型卫星EIRP——整星79dBW，每波束平均EIRP为59dBW天线Pattern——选用ITU-RS.672-4，ϕ0（波束夹角）取0.4°23仿真设计调度增益计算用户生成波束建立SINR计算吞吐量计算仿真流程24结果分析下行由于终端类型为手持1、2、3的接收天线增益为0dBi，因此该三种终端类型的下行频谱效率应基本保持一致。终端4、5、6的接收天线增益依次为2、4、14dBi，所以会提升下行频谱效率。根据卫星移动通信系统所设置的调制编码要求，上限为16QAM调制编码方式，因此过高的SINR并不会增大用户的吞吐量，每个PRB传输的比特数不会增加。上行虽然手持1、2、3的天线增益为0dBi，但它们的发射功率不同，分别为3、-3、-6dBW，因此上行频谱效率为手持1＞手持2＞手持3。同理，终端4、5、6的频谱效率也是依次增高。谢谢！谢谢！供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)